摘要：聚合物驱油是目前日趋完善的提高采收率技术。孤东油田在先期开展聚合物驱先导试验取得成功经验的基础上，于1997年投入聚合物驱工业化应用以来，立足自主创新，对聚合物驱工业化应用进行了有益的探索实践，形成了新的思路和成熟的聚合物驱配套技术。随着聚合物驱规模的逐年扩大，年增油量和累计增油量逐年增加，到2006年底取得了累积增油量为234.7×108t的效果，为孤东油田的持续稳产提供了重要的技术支撑。
关键词：聚合物驱；工业化应用；效果；孤东油田
自1994年开展聚合物驱工业性试验，1997年投入工业化应用以来，孤东油田以聚合物驱为主的三次采油技术积累了丰富的矿场经验，形成了具有孤东特点的三次采油技术系列，规模逐渐扩大，取得了显著的技术经济效果。截至2006年12月底，已投入聚合物驱工业化区块8个，含油面积为29.68km2，累积动用石油地质储量为9038×104t，占孤东油田动用储量的29.8%，投入注聚井370口，累积注入聚合物干粉为5.02×104t，累积增油量为234.7×108t，提高采收率为5.24%。年增油量和累积增油量迅速增加，年增油量由1995年的0.5×104t上升到2006年的36.6×104t，2006年12月产油水平为2200ｔ/d，约占孤东油田原油总产量的1/3，成为孤东老油田稳产的生力军和产量接替的重要阵地。
1 自主创新引领聚合物驱技术发展
孤东油田以聚合物驱为主的三次采油技术发展的历史就是一部自主创新的历史，也是三次采油理论和实践不断创新的过程。自主创新，已成为不断提高三次采油规模和贡献率，实现三次采油持续发展的“引擎”。
1.1 采用高浓度大段塞注入方式
在国内外开展的聚合物驱提高采收率试验中，普遍采用低浓度小段塞的聚合物驱技术，聚合物用量普遍低于200PV•mg/L，提高采收率为2%～5%[1]。在孤东油田高速高强度的开发形势下，面对高含水、高采出程度、高渗透率的矛盾，小段塞、低用量的聚合物驱不能够有效地封堵高渗透区域。在深入研究聚合物驱油藏适应性的基础上，采用了高浓度、大段塞聚合物驱的新注入方式。
油藏数值模拟研究表明，随着聚合物用量的增加，提高采收率的幅度逐步增加，当用量大于400PV•mg/L时，上升幅度逐步变缓（图1）。聚合物用量从200PV•mg/L增加到600PV•mg/L时，采收率提高6%，进一步增加聚合物用量到720PV•mg/L，聚合物驱最终采收率仍可以再增加1.2%，分析其投入情况，仍经济有效。
图1 采收率提高值与聚合物用量之间的关系
例如，七区中注聚区聚合物用量由原来设计的525PV•mg/L左右增加到625PV•mg/L，产油峰值增加了124t/d。该区块连续17个月产油量保持在1050t/d以上，含水率稳定在86.8%左右，比注聚前产油量527.8ｔ/d增加了520t/d以上，累积增油量达45×104t。在已完成的注聚区块中，聚合物用量较大的区块采收率提高幅度高于聚合物用量相对较小的区块。
1.2 建立完善的配套工艺技术
聚合物驱技术涉及到注入参数和注入方式的优化、油藏数值模拟、聚合物的配制、聚合物溶液的注入、生产方式的改进、采出液的处理以及动态监测等多个环节，仅仅实现单项技术的突破，不形成配套技术就无法实现科研成果向现实生产力的转化，无法实现工业化的推广应用。为此，从地面工艺、油藏工程等各方面协同攻关，形成了具有孤东特点的聚合物驱配套技术。
1.2.1 优化聚合物配制站和注入站的布局
由于三次采油开发方式具有集中配制、分散注入的特点，聚合物配制站必须在空间和时间上对几个区块提供共享服务，以提高综合利用率，由此带来了聚合物配制站、注入站的优化布局问题。从数学规划和系统工程的角度出发，应用网络流规划方法建立了存储模型和选址模型优化布局模型，在给定各个区块生产时间和注聚井分布的条件下，结合现场实际情况，以投资最省为目的，优选出配制站个数、规模和位置，并绘出配制站与注聚站的服务网络图。以孤东六区注聚区为例，由于计划分批投注，原来考虑在六区东南部先建一个配制母液能力可以满足64口注聚井的大配注站，二期工程投产后可以为另外2个注聚站供应母液。后来经过研究，利用数学模型优化了聚合物配制站、注入站布局，同时对规划对象进行了数值计算，改为一期工程7号配注站建设配制能力满足自身需要，二期工程建一个配注站和一个注入站。与原来人工规划结果对比表明，该布局模型不但可以避免设备阶段闲置，还可节约投资3%。
1.2.2 全过程动态分析
聚合物驱阶段性强，具有强化采油的性质，与水驱相比开采时间短，调整余地小，调整难度大。针对聚合物驱特有的动态反映特点，把整个注聚区调整管理分为4个阶段：注聚前调整阶段、注聚前期高浓度段塞注入阶段、注聚中后期低浓度段塞注入阶段、后续注水阶段[2]。
由于聚合物驱油阶段分为水驱空白、含水下降、含水稳定、含水回返4个阶段，聚合物驱与水驱在动态反映特征和开采时间上明显不同，在聚合物驱油过程中不能利用以往已经形成的水驱开发模式进行管理，而是要围绕如何提高聚合物的利用率、提高聚合物驱油效果、达到最佳的经济效益来展开。在深入认识和掌握聚合物驱过程中的动态反映特征的基础上，根据不同阶段动态特征采取不同的分析方法，对注入井和油井开展单井动态分析、井组动态分析、区块动态趋势分析，之后确定各个阶段存在的主要矛盾，逐一提出解决问题的方法，并落实解决。
1.2.3 提高聚合物溶液配制质量
为了提高聚合物配制的自动化控制程度，2000年对自动化控制系统进行了改造。自控系统各组成部分的功能各自独立，又相互适应联为一体。工业控制机作为中央控制单元通过串行通讯口，实现与溶解单元和熟化单元中的可编逻辑控制器进行数据交换，实时监控各单元的运行状况。溶解装置、罐群由各自的控制器控制，由应答信号实现各装置之间的联系。采用大屏幕显示器作为实时监控界面，实现多控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可以查询历史事件记录、系统各主要部件累计运行时间、装置工艺流程等。
改进后的自控系统自2001年以来，先后在七区中注聚区、六区注聚区、二区注聚区现场应用，各部件、仪表、执行机构运行正常，再没有发生冒罐等技术事故，大大减少了系统停运时间，为正常注聚提供了技术保证。
1.2.4 简化、优化工艺流程
在孤东油田注聚初期，所有注聚站均按分散—熟化罐—转输泵—储罐—外输泵（喂入泵）—过滤器—注聚泵—静混器—注聚井固定的模式进行设计建设，但经过多年的运行试验，发现部分流程节点作用有限，而且增加了渗漏点，增大了聚合物溶液在输送、注入过程中的粘度损失。从2001年设计建设七区中注聚工程时开始，全部取消了储罐及转输泵，形成了无倒罐注聚工艺，同时，将站内单井混配装置由原来卧式安装改为立式安装，减少站房建筑面积。聚合物注入工艺流程的精简优化，大大降低了工程投资，使单井投资由原来的95万元左右减少至目前的85万元左右，降低投资10%。同时，降低了管理节点和管理难度，提高了系统运行的稳定性。
1.3 实施分层注聚
孤东油田聚合物驱吸水剖面显示，在笼统注入方式下，高渗透层的相对吸入量远高于中、低渗透层，并且随着层间渗透率级差的增大以及低渗透油层所占厚度比例的增加，笼统注聚合物的开采效果变差。在高渗透层聚合物溶液低效注入，在低渗透层聚合物驱的动用程度低，严重制约了聚合物驱的整体开发效果。应用分层注入技术，较好地解决了层间吸聚差异较大的问题，提高了较差层段的注入强度，控制较好层段的注入量，进一步扩大了波及体积，控制注聚后期综合含水的回升速度，改善了区块的最终开发效果。在七区中注聚区中南部选取了部分注聚井实施分层注聚试验，共实施分层注聚井3口，措施后注聚正常，对应油井11口，见效9口井，见效率81.8%，增油能力达到9.4t/d，取得了较好的效果。
1.4 探索注聚新方法
1.4.1 探索“一井一制”注入法
针对注聚井的注入能力和地层的不同特点，采取不同的单井注入浓度（包括加交联剂）和段塞注入量，及时进行调整，由于每口井的注入段塞均不相同，故把它称为“一井一制”注入法[3]。“一井一制”注入法不仅解决了部分注聚井注入压力迅速上升的矛盾，而且低压井高浓度注入有效地封堵了高渗透带，减少了聚合物窜流，提高了驱替效率。同时，对不能正常混注的高压井实施间歇注聚，保证了高压井的正常注入，取得了很好的效果[4]。
1.4.2 实施“斜向驱”
孤东油田七区西Ng52+3南部和八区注聚区由于大孔道的存在，前期注聚开发虽然取得较好的增油效果，但与设计的增油指标还有较大差距。根据在大孔道验证中取得的启示，对有大孔道的地层进行了实施“斜向驱”的理论和实践的有益探索，通过改变聚合物驱油方向，使聚合物发生绕流提高驱油“盲区”即“死油区”的剩余油潜力，理论上证实完全可行，具有较强的可操作性，丰富了聚合物驱油理论，具有进一步研究、推广应用的价值，对今后有大孔道的地层提高剩余油动用效果具有较好的指导意义。
1.4.3 添加交联剂
交联聚合物驱油技术是在聚合物驱油技术的基础上发展起来的新型驱油技术，它是采用接近聚合物驱的聚合物溶液浓度，加入少量缓交联型交联剂，使之在地层内产生缓慢、轻度交联，提高地层阻力系数和残余阻力系数，较大程度上改善油藏非均质状况，在大量交联聚合物溶液注入过程中以及弱交联和交联后溶液被后续注入液体推动时，会产生像聚合物驱一样的驱油效果，从而起到调剖和驱油的综合作用[5]。
七区中注聚区投注后，取得了较好的增油效果，但由于七区中注聚区大孔道比较发育，部分井特别是北部窜聚现象比较严重，因此，对部分低压井添加交联剂。从2004年8月13日开始对15口井添加交联剂，到11月底结束，累计添加交联剂180.9t，添加浓度为650～800mg/L，交联效果比较好，井口聚合物溶液粘度超过500mPa•s。与加交联剂前对比，注入压力由10.3MPa上升到11.2MPa。对应受效油井47口，产油水平上升了33t/d，综合含水率下降了2%。
2 聚合物驱工业化应用效果
随着聚合物驱油技术的日趋成熟、各项配套技术措施的日益完善以及聚合物驱规模的逐年加大，聚合物驱油技术已成为保持孤东油田持续稳产及高含水后期提高油田开发水平的重要技术手段，为孤东油田产量接替打下了基础。
2.1 降水增油效果明显
从已完成聚合物驱全过程的工业化聚合物驱区块看，平均含水率下降了7.5%，其中八区3-6注聚区含水率下降了14.5%，受效高峰时的单井平均产油量达到11.5t/d，与注聚前相比，产油量增加了6t/d以上，并出现了部分15t/d以上的高产井；评价区块最终采收率，与水驱相比采收率平均提高4.8%，其中八区3-6注聚区预计提高采收率8%。
2001年投注的七区中注聚区在注入4个月之后开始见到注聚效果。2003年12月产量突破1000t/d，2004年8月突破1100t/d，2004年10月达到峰值，产油水平为1141t/d，综合含水率为86.3%。与注聚前（2001年6月份）对比，含水率下降了8.7%，产油量上升了629t/d，注聚见效123口井，见效率为83.7%。截止到2006年12月，已累积增油量为67.5×104t，该项目预计增油了量为121.9×104t，提高采收率7％。
2.2 经济效益显著
孤东油田投注的8个工业化区块，有5个已进入后续水驱阶段，到2005年12月，累积注入聚合物干粉5.02×104t，累积增油量为234.7×104t，吨聚增油量为46.7t（表1）。
表1 孤东油田转水驱单元见效情况
根据2006年注聚区块实际资料，对目前5个已转水驱区块聚合物驱效果进行了经济评价，其投入产出比为1∶2.89。
2.3 在稳产中发挥了重要作用
从1994年聚合物驱技术工业化应用以来，聚合物驱区块产量逐年攀升（图2）,在孤东油田原油稳产的贡献率逐年增加。截止2006年12月，孤东油田聚合物驱工业化区块累积产油量已达234.7×104t，以聚合物驱为主导技术的三次采油年产油量已占到全油田总产量的近1/3，为孤东油田稳产发挥了重要作用。
图2 孤东油田注聚项目年增油量柱状图
3 拓展聚合物驱发展空间
3.1 改进聚合物分子构效关系
驱油用聚丙烯酰胺主要是部分水解聚丙烯酰胺，它是一种带有极性基团的水溶性高分子，是由丙烯酰胺单体合成的直链型聚合物，其中的部分丙烯酰胺单体已经水解。下步要对目前中国生产的高分子聚合物进行筛选，加强分子构效关系研究[6]，寻求具有高效增粘性、稳定性、剪切稀释性和粘弹性等特性的新型聚合物，增加聚合物溶液的体系粘度，降低聚合物用量，进一步提高聚合物驱油效果。
3.2 开展聚合物驱技术界限研究
与水驱相比，聚合物驱在调整油层吸水剖面、扩大驱替液波及体积方面有很好的效果，但聚合物驱油技术受到自身客观条件的限制，在聚驱中后期仍存在一定程度的聚合物溶液低效或无效循环问题。虽然孤东油田聚合物驱油技术已取得了一定的成效，但由于聚合物驱油技术的复杂性，所以对其驱油机理尚未真正弄清。下步要开展Ⅱ类油藏聚驱先导试验，摸索孤东油田Ⅱ类油藏聚合物驱的可行性。在认真分析地层非均质性和大孔道特点的基础上，积极探索新情况下的调剖工艺，虽然已取得一定的成绩，但有关调剖的基础研究还远远达不到目前聚合物驱的理论和工艺技术要求。
另外，关于聚合物驱过程中调剖时机选择问题，例如是在聚合物驱前调，还是在聚合物驱中后期调，亦或是聚合物驱完后甚至后续水驱完后调剖等时机问题，同样需要做更加深入细致的工作。
3.3 优化油藏方案设计
聚合物驱油藏方案的优劣直接关系着注聚开发效果，优化方案是提高注聚开发效果的根本保证，今后应强调注聚方案的整体性，整体考虑布井、调剖、注入和后续水驱等过程，整体考虑提高采收率和经济效益评价。要进行精细地质研究，并在此基础上运用数值模拟技术优化井网、调剖、段塞组合、注入方式(如分层注聚、周期注聚等)和后续水驱等设计。
3.4 优化聚合物驱过程监控
与水驱相比，聚合物驱的驱替过程更为复杂，在方案设计阶段不可能实现认识、设计一步到位。因此要根据注聚合物现状、注聚过程中的开发动态和各类监测数据，以数值模拟为工具，对注聚合物过程进行再认识，及时调整注入参数，采取有效措施，实现注聚合物过程中动态跟踪管理。
3.5 提高聚合物药剂利用率
孤东油田储层层系复杂，层间、层内、管外窜流严重，单注某层系不能有效改善七区西开发效果。七区西Ng52+3层系北部区块虽然取得了较好的降水增油效果，但是注入过程均存在较严重的窜流现象：一是不能有效改善该层系波及体积，二是驱油剂窜至外层系造成了驱油剂的流失和浪费，外层系部分油井也见到了很好的增油效果。在多层系非均质油藏中，单一聚合物体系单层驱动，不能有效改善波及体积，提高采收率效果不明显。
实施多层系同时注入可明显降低单层注入风险，防止管外窜造成的低效注入，提高药剂利用率，同时可实现分层、单层、选层、多层注入，对进一步拓展聚合物驱发展空间，提高孤东油田采收率具有重要的理论和实践意义。
4 结论与认识
随着聚合物驱油技术的日趋成熟、各项配套技术措施的日益完善以及聚合物驱规模的逐年扩大，聚合物驱技术已成为保持孤东油田持续稳产及高含水后期提高油田开发水平的重要技术手段。
对工业化聚合物驱，采用高浓度大段塞的注入方式，有针对性的采取分层注入，根据注聚区动态反映特点进行综合调整，可以取得较好的聚合物驱技术经济效果。
虽然聚合物驱工业化应用取得了很好的效果，但驱油机理仍有待研究，下步特别要开展聚合物分子构效关系研究，进一步提高综合性能。同时开展聚合物驱经济评价研究，确定各类油藏开展聚合物驱的经济技术界限，并对方案设计、工艺流程设计施工、运行管理效果评价和后续水驱进行优化，提高聚合物驱综合效益。
七区西Ng52+3层系北部工业性聚合物驱应用表明，管外窜造成外层系部分油井见到了很好的增油效果。因此，下步应开展多层系同时注入的技术可行性研究，作为一项重要技术储备来对待。
作者简介：顾永强，男，高级工程师，1986年7月毕业于华东石油学院采油工程专业，长期从事三次采油现场技术管理工作。
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